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双闭环不可逆直流调速系统课程设计(matlab仿真设计).doc
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双闭环不可逆直流调速系统课程设计(matlab仿真设计).doc
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双闭环晶闸管不可逆直流调速系统
许多生产机械要求在一定的围进行速度的平滑调节,并且要求
具有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速围广、静差率小、
稳定性好以与具有良好的动态性能,在高性能的拖动技术领域中,
相当长时期几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是
直流调速控制系统中发展得最为成熟,应用非常广泛的电力传动系
统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。采用转速负反馈和
PI 调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转
速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高,例如要求起制动、
突加负载动态速降小等等,单闭环系统就难以满足要求。在实际工
作中,我们希望在电机最大电流限制的条件下,充分利用电机的允
许过载能力,最好是在过度过程中始终保持电流(转矩)为允许最
大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动,到达稳定转速
后,又让电流立即降下来,使转矩马上与负载相平衡,从而转入稳
态运行。这时,启动电流成方波形,而转速是线性增长的。这是在
最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。
按电机的类型不同,电气传动又分交流调速和直流调速。直流调
速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要
求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方
法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机
械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有
良好的起、制动性能,宜于在广泛围平滑调速,在轧钢机、矿井卷
扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需
要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来,交流
调速系统发展很快,然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比
较成熟,并且从反馈闭环控制的角度来看,它又是交流拖动控制系
统的基础,所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。
另一方面,需要指出的是电气传动与自动控制有着密切的关系。调
速传动的控制装置主要是各种电力电子变流器,它为电动机提供可
控的直流或交流电流,并成为弱电控制强电的媒介。可以说,电力
电子技术的进步是电气传动调速系统发展的有力地推动。把这两者
结合起来研究直流调速系统,更有利于对直流调速系统的全面认识.
双闭环直流调速系统的工作原理
1.双闭环直流调速系统的介绍
双闭环(转速环、电流环)直流调速系统是一种当前应用广泛,
经济,适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强 的
优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能,它对于被
反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转
速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件
下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高,例如要求
起制动、突加负载动态速降小等等,单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的
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电流或转矩。
在单闭环系统中,只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电
流的。但它只是在超过临界电流 值以后,靠强烈的负反馈作用限
制电流的冲击,并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止
负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-(a)所示。
当电流从最大值降低下来以后,电机转矩也随之减小,因而加速过
程必然拖长。
在实际工作中,我们希望在电机最大电流(转矩)受限的条件下,
充分利用电机的允许过载能力,最好是在过渡过程中始终保持电流
(转矩)为允许最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起
动,到达稳定转速后,又让电流立即降下来,使转矩马上与负载相
平衡,从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图1-(b)所
示,这时,启动电流成方波形,而转速是线性增长的。这是在最大
电流(转矩)受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想
快速起动过程
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I
dL
n
t
I
d
O
I
dm
I
dL
n
t
I
d
O
I
dm
I
dcr
nn
(a)
(b)
图 1 调速系统起动过程的电流和转速波形
实际上,由于主电路电感的作用,电流不能突跳,为了实现在
允许条件下最快启动,关键是要获得一段使电流保持为最大值 的
恒流过程,按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保
持该量基本不变,那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。
问题是希望在启动过程中只有电流负反馈,而不能让它和转速负反
馈同时加到一个调节器的输入端,到达稳态转速后,又希望只要转
速负反馈,不再靠电流负反馈发挥主作用,因此我们采用双闭环调
速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它
们作用在不同的阶段。
2.双闭环直流调速系统的组成
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了
两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串级连接,如图2
所示,即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调
节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看,电
流调节环在里面,叫做环;转速环在外面,叫做外环。这样就形成
了转速、电流双闭环调速系统。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节
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器。因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度,使系
统在稳态运行时得到无静差调速,又能提高系统的稳定性;作为控
制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系
统要求以稳和准为主,采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态
和动态性能。
图 2 转速、电流双闭环直流调速系统
图中U
*
n
、U
n
—转速给定电压和转速反馈电压U
*
i
、U
i
—电流给定电压
和电流反馈电压 ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—
测速发电机 TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器
3.双闭环直流调速系统的稳太结构图和静特性
首先要画出双闭环直流系统的稳态结构图如图 3 所示,分析双
闭环调速系统静特性的关键是掌握 PI 调节器的稳太特征。一般存在
两种状况:饱和——输出达到限幅值;不饱和——输出未达到限幅
值。当调节器饱和时,输出为恒值,输入量的变化不再影响输出,
相当与使该调节环开环。当调节器不饱和时,PI 作用使输入偏差电
压 在稳太时总是为零。
图 3
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- 指北针4022022-07-08这个资源值得下载,资源内容详细全面,与描述一致,受益匪浅。
huayuya123
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